Síntesis por solidificación rápida y consolidación mediante la técnica de sinterización por chispa y plasma del compuesto intermetálico magnetocalórico DyNi5

Abstract

"El efecto magnetocalórico es un fenómeno estudiado desde hace algo más de un siglo. Su principal aplicación es la refrigeración magnética. El consumo energético necesario para alcanzar o mantener una temperatura mediante esta tecnología en desarrollo se ve considerablemente reducido si se compara con la refrigeración convencional. Además, otra ventaja es que no es una tecnología contaminante del medio ambiente. Varios compuestos intermetálicos en el sistema RNi5 (R= tierra rara) han demostrado tener buenas propiedades magnetocalóricas (MC) en el intervalo de las temperaturas criogénicas, dentro de los que se encuentra el DyNi5 que presenta una fuerte anisotropía en la magnetización. En la presente tesis se reporta la obtención y caracterización de cintas parcialmente texturadas de DyNi5 obtenidas por solidificación rápida y de consolidados obtenidos a partir de las mismas mediante la técnica de sinterización por chispa y plasma (SPS, por sus siglas en inglés). Las cintas se sintetizaron a una rapidez lineal de rueda de cobre de 20 ms-1 a partir de una aleación en bulto obtenida por fundición con arco eléctrico partiendo de elementos puros. La composición química elemental y la estructura cristalina hexagonal de tipo CaCu5 de la fase DyNi5, determinadas por EDS y difracción de rayos X, para las cintas se reprodujeron en el sinterizado. Este último presentó una densidad del 95.5 % y en el mismo se replicaron también las propiedades magnéticas y anisotrópicas de las cintas. La temperatura de Curie (TC) de la fase DyNi5 tanto en las cintas como en el sinterizado fue de ~ 11.8 K, mientras que a 2 K y 5 T la magnetización de saturación MS entre la dirección del prensado (MS= 100 Am2kg-1) y el plano perpendicular (MS= 67 Am2kg-1) tuvo una diferencia de 23 Am2kg-1. Para una variación de campo magnético de 2 y 5 T la entropía magnética máxima |ΔSM|max según la dirección del prensado fue de 10 y 16 Jkg-1K-1, respectivamente. Por su parte, el valor de la entropía magnética rotacional |SMrot|max entre la dirección del prensado y la perpendicular fue de 3.2 Jkg-1K-1."

"The magnetocaloric effect is a phenomenon that has been studied for more than a century. Its main application is the magnetic refrigeration. The energy consumption necessary to reach or maintain a temperature through this technology under development is considerably reduced if compared to conventional refrigeration. Another advantage is that is not an environment polluting technology. Several intermetallic compounds in the RNi5 system (R= rare earth) show good magnetocaloric (MC) properties in cryogenic temperature interval. Among them, it is DyNi5 that presents a strong magnetization anisotropy. In this thesis, the synthesis and characterization of rapidly solidified partially textured DyNi5 ribbons is reported; in addition, ribbons were consolidated by Spark Plasma Sintering (SPS) technique. Ribbon samples were synthesized at a lineal speed of the copper wheel of 20ms-1 from a bulk arc melted alloy previously produced from pure elements. The elemental chemical composition and hexagonal CaCu5-type crystal structure of DyNi5, determinate by EDS analysis and X ray diffraction, were replicated in the sintered sample. The latter one showed a density of 95.5 % and in the same the magnetic and anisotropic properties of ribbons were replicated. The Curie temperature (TC) of the DyNi5 phase was ~ 11.8 K, whereas at 2 K and 5 T the saturation magnetization MS between the pressing direction (MS= 100 Am2kg- 1) and the perpendicular plane (MS= 67 Am2kg-1) had a difference of 23 Am2kg-1. For a magnetic field change of 2 and 5 T the maximum magnetic entropy change values |ΔSM|max along the pressing direction were 10 y 16 Jkg-1K-1, respectively. A rotational entropy change |Srot|max of 3.2 Jkg-1K-1 was measured between the pressing and the M perpendicular direction."